ES2297646T3 - Circuito inversor para un aparato de calentamiento por induccion, electrodomestico de coccion que tiene tal circuito y metodo de funcionamiento. - Google Patents
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Abstract
Circuito inversor para un aparato de calentamiento por inducción, comprendiendo el circuito inversor: una unidad (4) de inversor para realizar una operación de conmutación y suministrar corriente a una bobina (10) inductora; un compensador (6) de tensión de entrada para compensar un valor de ajuste de potencia para variaciones de una tensión (Ven) de entrada aplicada al circuito inversor; y un controlador (7) de entrada para controlar una frecuencia de la corriente suministrada a la bobina inductora como una función decreciente del valor de ajuste de potencia compensado desde el compensador de tensión de entrada, estando caracterizado el circuito inversor porque además comprende un detector (100) de baja tensión para detectar un estado en el que la tensión de entrada es inferior a un umbral, y porque el valor de ajuste de tensión representa un valor (V_c) de control de salida determinado por un microprocesador (M), sin superar un valor (V_bloq) de bloqueo cuando se detecta dicho estado por el detector de baja tensión.
Description
Circuito inversor para una aparato de
calentamiento por inducción, electrodoméstico de cocción que tiene
tal circuito y método de funcionamiento.
\global\parskip0.920000\baselineskip
La presente invención se refiere a un circuito
inversor para su uso en un aparato de calentamiento por inducción
tal como un electrodoméstico de cocción.
En general, un electrodoméstico de cocción
incluye: un cuerpo principal que tiene una placa de control que
puede determinar si una señal de fuente de alimentación se recibe
tras recibir una señal de orden de un usuario; un recipiente de
cocción colocado en el cuerpo principal, para incluir alimentos en
el mismo; y un calentador de cocción instalado en una parte
inferior del recipiente de cocción o un lado interior del cuerpo
principal para cocinar los alimentos incluidos en el recipiente de
cocción.
En el esquema de calentamiento por inducción,
una o más bobinas están dispuestas en una relación espaciada con
la pieza de trabajo que va a calentarse, que está fabricada de un
material magnético. En la aplicación a un electrodoméstico de
cocción, la bobina está situada en el cuerpo principal en el que el
recipiente de cocción está colocado a una distancia
predeterminada. Energizar la bobina a alta frecuencia genera una
corriente de Foucault en el recipiente de cocción formado de un
material magnético, debido a un campo magnético generado cuando la
corriente fluye en la bobina. La corriente de Foucault generada
calienta la pieza de trabajo o recipiente de cocción por efecto
Joule. Una variedad de electrodomésticos de cocina, por ejemplo,
hervidores de agua, gamas de placas de cocina, planchas eléctricas,
etc., se han diseñado para utilizar el anterior esquema de
calentamiento por inducción.
Un circuito inversor para su uso en los aparatos
de cocción de calentamiento por inducción antes mencionados tiene
una unidad de conmutación de alta frecuencia basada normalmente en
la tecnología IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,
transistor bipolar de puerta aislada), para aplicar a la bobina una
corriente de alta frecuencia que tiene alta potencia, y calentar
el recipiente situado sobre la bobina.
Un circuito inversor del Estado de la Técnica se
da a conocer en el documento GB 2162384.
Un circuito inversor para su uso en el aparato
de cocción de calentamiento por inducción se describirá en lo
sucesivo con referencia a la figura 1. En referencia a la figura 1,
el circuito inversor recibe potencia desde una unidad (1) de fuente
de alimentación (CA) que genera una tensión de fuente de
alimentación (CA) común, también denominada en lo sucesivo tensión
de entrada. El circuito inversor incluye un rectificador (2) para
rectificar la tensión de fuente de alimentación (CA) y una unidad
(3) de filtro para filtrar la tensión de fuente de alimentación
rectificada por el rectificador (12). La unidad de conmutación de
alta frecuencia, o unidad de inversor, (4) recibe la tensión de
fuente de alimentación filtrada desde la unidad (3) de filtro, y
suministra potencia a alta frecuencia a la bobina (10). En la
realización mostrada en la figura 1, la unidad (4) de inversor
tiene dos conmutadores (41) IGBT acoplados en paralelo con diodos
(42) respectivos. Se observará que pueden utilizarse varias otras
disposiciones de la unidad (4) de inversor.
Tal como se ilustra en la figura 1, el inductor
formado por la bobina (10) de inducción está asociado con uno o más
condensadores (11) para formar un circuito resonante.
Eléctricamente, la carga que consiste en la pieza de trabajo se
traduce en un cambio del valor de la inductancia de la bobina y en
una resistencia acoplada con la inductancia y capacitancia en el
circuito resonante. Los valores de inductancia y resistencia
dependen del material del que esté fabricado el recipiente de
cocción.
El circuito resonante tiene por tanto una
frecuencia de resonancia, que depende del material del recipiente
de cocción. Por ejemplo, la figura 2 muestra las frecuencias (f1,
f2) de resonancia que corresponden a dos materiales (A, B)
diferentes. Cuando la unidad (4) de inversor energiza la bobina a
la frecuencia de resonancia, la transferencia de potencia es
máxima, tal como se muestra mediante las dos curvas en forma de
campana de la figura 2. Estas curvas se utilizan para controlar la
potencia de calentamiento suministrada a la pieza de trabajo
ajustando la frecuencia de funcionamiento.
Según el esquema denominado ZVS (Zero Voltaje
Switching, conmutación de tensión cero), el control de potencia se
realiza ajustando la frecuencia de excitación de la bobina en un
intervalo (ZVS1, ZVS2) situado por encima de la frecuencia (f1, f2)
de resonancia. Por tanto, la reactancia inductiva domina la
reactancia capacitiva, de modo que los dispositivos semiconductores
del inversor se encienden con tensión cero a través de ellos, según
se desee.
Otro factor que puede provocar la variación de
la potencia de calentamiento es el nivel de la tensión de fuente
de alimentación, que puede variar debido a fluctuaciones en la red
principal. Esto requiere la regulación por medio de una unidad de
compensador. Esquemáticamente, si la tensión de fuente de
alimentación aumenta (respectivamente disminuye), esta regulación
provoca que la frecuencia de funcionamiento aumente
(respectivamente disminuya) de modo que el factor de transferencia
de potencia disminuye (respectivamente aumenta) de acuerdo con el
esquema ZVS, estabilizando por tanto la potencia al nivel
establecido por un microprocesador (M).
Un detector (5) de tensión de entrada está
conectado a la unidad (1) de fuente de alimentación (CA), y detecta
la tensión aplicada al circuito inversor. Un compensador (6) de
tensión de entrada compensa una señal de control de salida generada
por el microprocesador (M) de un aparato de cocción basándose en
las variaciones de la tensión de entrada detectada.
\global\parskip1.000000\baselineskip
En otras palabras, si el detector (5) de tensión
de entrada detecta una tensión de entrada superior a una tensión
de entrada considerada de referencia, el compensador (6) de tensión
de entrada reduce el valor de tensión de la señal de control de
salida de inversor a medida que se genera desde el microprocesador
(M). De otro modo, si el detector (5) de tensión de entrada
detecta una tensión de entrada inferior a la tensión de entrada
considerada de referencia, el compensador (6) de tensión de entrada
aumenta el valor de tensión de la señal de control de salida de
inversor a medida que se genera desde el microprocesador (M).
Un controlador (7) de salida genera una señal de
control de frecuencia que puede controlar la frecuencia de
funcionamiento de la unidad (4) de inversor según el nivel de
tensión de salida obtenido del compensador (6) de tensión de
entrada. En el ejemplo aquí considerado, el controlador (7) de
salida genera una señal de control de frecuencia, de modo que la
frecuencia de funcionamiento es una función decreciente del nivel
de tensión recibido desde el compensador (6).
Tras recibir la señal de control de frecuencia,
un generador (8) de impulsos genera impulsos de accionamiento para
permitir encender o apagar el conmutador o conmutadores (41) de la
unidad (4) de inversor a la frecuencia de funcionamiento. Un
accionador (9) de conmutador transmite los impulsos de
accionamiento a la(s) puerta(s) de conmutador.
En este caso, la frecuencia de funcionamiento de
la unidad (4) de inversor se controla mediante el controlador (7)
de salida. El grado de magnetismo depende del material de un
recipiente de cocción colocado sobre la bobina, y la frecuencia de
resonancia también se cambia debido al magnetismo cambiado.
Por tanto, el controlador (7) de salida
establece una frecuencia de funcionamiento para impedir que la
unidad (4) de inversor se haga funcionar bajo la frecuencia de
resonancia provocada por el material del recipiente de cocción, de
modo que acciona el inversor según el esquema (ZVS).
Sin embargo, cuando el recipiente de cocción
está instalado en el aparato de cocción de calentamiento por
inducción convencional, o cuando se aplica una baja tensión de
entrada al aparato de cocción de calentamiento por inducción, puede
ser difícil garantizar el funcionamiento ZVS del inversor, tal como
se muestra en la figura 2.
En referencia a la figura 2, si la frecuencia
(f2) de resonancia del recipiente de cocción formado del material
(B) se establece como un límite inferior para la frecuencia de
funcionamiento del inversor y se coloca otro recipiente de cocción
formado de material (A) que tiene una frecuencia (f1) de
resonancia, el recipiente de cocción no puede recibir la potencia
máxima que corresponde a (f1 (<f2)).
A la inversa, si se establece (fi) como el
límite inferior para la frecuencia de funcionamiento y se coloca
un recipiente de cocción formado de material (B), el inversor puede
escapar de la zona de funcionamiento ZVS tal como se ilustra
mediante la flecha oblicua en la figura 2. Tras recibir una tensión
de entrada inferior a la tensión de entrada considerada de
referencia cuando el recipiente de cocción formado de material (B)
se hace funcionar a la frecuencia (f2) de resonancia que puede
generar la señal (P2) de potencia máxima, el compensador (6) de
tensión de entrada aumenta una señal de control de salida de
inversor, y el controlador (7) de salida genera una señal de
control de salida de frecuencia para reducir la frecuencia de
conmutación, de modo que el funcionamiento del inversor escapa del
intervalo (ZVS2) deseado.
Este fenómeno provoca que el conmutador (41)
IGBT se haga funcionar en condiciones no deseadas debido a la alta
corriente instantánea que se produce cada vez que se enciende. Como
resultado, el conmutador IGBT puede resultar dañado, llevando a un
funcionamiento defectuoso del aparato de cocción de calentamiento
por inducción, y a costes de reparación innecesarios y un
deterioro de la resistencia a la fatiga.
Por tanto, la presente invención se ha realizado
a la vista de los problemas anteriores, y es un objeto de la
invención proporcionar un circuito inversor para un
electrodoméstico de cocción de calentamiento por inducción u otro
tipo de aparato de calentamiento por inducción de modo que la zona
de funcionamiento ZVS pueda garantizarse incluso si se recibe una
baja tensión de fuente de alimentación en el aparato en un estado
de salida alta.
Otro objeto de la presente invención es bloquear
un circuito inversor para que no se haga funcionar bajo una
frecuencia de resonancia correspondiente al material magnético de
la pieza de trabajo tras recibir una baja tensión de fuente de
alimentación en un estado de salida alta del aparato, impidiendo
por tanto que el conmutador que tiene una corriente nominal
relativamente baja resulte dañado, dando como resultado un aumento
de la resistencia a la fatiga del aparato de cocción.
Según un aspecto de la presente invención, estos
objetos se logran mediante un circuito inversor tal como se expone
en la reivindicación 1, del que se definen realizaciones
particulares en las reivindicaciones 2 a 3.
Otro aspecto de la presente invención se refiere
a un electrodoméstico de cocción de calentamiento por inducción que
tiene al menos una bobina de inductor para inducir corrientes de
Foucault en un recipiente de cocción en respuesta a una excitación
de alta frecuencia, y un circuito de inversor tal como se definió
anteriormente para proporcionar la excitación de la bobina
inductora.
Según otro aspecto de la presente invención, se
proporciona un método para hacer funcionar un aparato de
calentamiento por inducción tal como se expone en la reivindicación
5.
En otras palabras, el aparato limita la señal de
control de salida a la tensión de bloqueo predeterminada cuando
recibe una señal de baja tensión en un estado de nivel de alta
salida, compensa la tensión de entrada, e impide que el inversor
escape de una zona ZVS, lo que tiene como resultado una reducción
de la posibilidad de dañar un elemento necesario y un aumento de la
resistencia a la fatiga de los electrodomésticos de cocción.
Los objetos anteriores, y otras características
y ventajas de la presente invención se harán más evidentes tras la
lectura de la siguiente descripción detallada cuando se toma en
conjunción con los dibujos, en los que:
la figura 1 es un diagrama de circuito que
ilustra un electrodoméstico de cocción de calentamiento por
inducción convencional;
la figura 2 es un gráfico que ilustra
características de salida de potencia que dependen de un material
de un recipiente de cocción;
la figura 3 es un diagrama de circuito que
ilustra un electrodoméstico de cocción de calentamiento por
inducción según la presente invención;
la figura 4 es un diagrama de circuito detallado
que ilustra un detector de baja tensión y un limitador de nivel de
potencia según la presente invención;
la figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra
un método para hacer funcionar un electrodoméstico de cocción de
calentamiento por inducción según la presente invención; y
las figuras 6A-B son gráficos
que ilustran formas de onda de salida de componentes individuales
contenidas en un circuito del electrodoméstico de cocción de
calentamiento por inducción según la presente invención y su
respuesta de frecuencia correspondiente.
Ahora, se describirán realizaciones preferidas
de la presente invención en detalle con referencia a los dibujos
adjuntos. En los dibujos, elementos iguales o similares se indican
mediante los mismos números de referencia aunque se representen en
diferentes dibujos. En la siguiente descripción, se omitirá una
descripción detallada de funciones conocidas y configuraciones
incorporadas en el presente documento cuando puedan hacer que el
contenido de la presente invención resulte confuso.
Un aparato de cocción de calentamiento por
inducción y un método para hacer funcionar el mismo según la
presente invención se describirá en lo sucesivo con referencia a
los dibujos adjuntos. Antes de describir la presente invención,
debería observarse que la presente invención es aplicable a todo
tipo de dispositivos de cocción que empleen un esquema de
calentamiento por inducción.
La figura 3 es un diagrama de circuito que
ilustra un electrodoméstico de cocción de calentamiento por
inducción según la presente invención.
Con referencia a la figura 3, el circuito
inversor incluye un microprocesador (M) para generar una señal
(V_c) de control de salida (CC) según un nivel de calentamiento
ajustado por un usuario. Se suministran una alta frecuencia y una
alta corriente a una bobina (10), de modo que calienta un
recipiente colocado sobre la bobina. El circuito inversor que puede
generar el nivel de salida máximo tiene diferentes frecuencias de
resonancia dependiendo del material del que esté hecho el
recipiente de cocción.
El circuito inversor anteriormente mencionado
recibe potencia desde una unidad (1) de fuente de alimentación (CA)
que genera una tensión de fuente de alimentación (AC) común o
tensión de entrada. Tiene un rectificador (2) para rectificar la
tensión de fuente de alimentación (CA) y una unidad (3) de filtro
para filtrar la tensión de fuente de alimentación (CA) rectificada
por el rectificador (20).
La tensión de fuente de alimentación generada
desde la unidad (1) de fuente de alimentación (CA) puede variar de
un país a otro o de un estado a otro, pero la presente invención
usa a modo de ejemplo una señal de fuente de alimentación (CA) de
230V a 50Hz. El rectificador (2) rectifica la señal de fuente de
alimentación (CA) a una señal predeterminada de 230V a 100Hz
utilizando un diodo de rectificación de una manera convencional, y
genera una tensión de fuente de alimentación de armónico de orden
superior. La unidad (3) de filtro filtra la tensión de fuente de
alimentación de armónico de orden superior rectificada por el
rectificador (2), y extrae la tensión de fuente de alimentación
filtrada a la unidad (4) de inversor.
La unidad (4) de inversor tiene un conmutador, o
dos conmutadores (41) en el ejemplo representado, que reciben la
tensión de fuente de alimentación rectificada desde la unidad (3)
de filtro, y transmite una señal de corriente de activación a la
bobina (10) para calentar el recipiente de cocción.
\newpage
Con el fin de hacer funcionar de manera estable
la unidad (4) de inversor, un detector (5) de tensión de entrada,
un compensador (6) de tensión de entrada, un controlador (7) de
salida, un generador (8) de impulsos, y un accionador (9) de
conmutación están conectados entre sí y funcionan de la misma
manera que se ha descrito con referencia a la figura 1.
En particular, el compensador (6) de tensión de
entrada provoca una reducción de la frecuencia de conmutación
cuando la tensión (Ven) de entrada es relativamente baja. Si la
tensión de entrada disminuye mientras que el ajuste de potencia
correspondiente a la señal (V_c) de control de salida es alto, es
decir próximo a la parte superior de la curva en forma de campana
pertinente mostrada en la figura 2, existe un riesgo de que la
reducción adicional de la frecuencia de conmutación provocada por
el compensador (6) de tensión de entrada ponga al inversor fuera
del intervalo ZVS, lo que es perjudicial para los conmutadores (41)
IGBT tal como se explicó anteriormente. Para evitar este riesgo, o
al menos reducir su impacto, el circuito inversor está equipado
ventajosamente con un módulo (55) de limitación y formación de
umbrales tal como se muestra en la figura 3.
Este módulo (55) determina si la tensión (Ven)
de entrada está por debajo de un umbral (V_um) dado. Si es así, el
valor de ajuste de potencia alimentado al compensador (6) de
tensión de entrada representa el valor (V_c) de control de salida
determinado por el microprocesador (M), sin superar un valor de
bloqueo. De otro modo, este valor de ajuste de potencia representa
también el valor (V_c) de control de salida, pero no está sometido
a la limitación al valor de bloqueo.
El módulo (55) mostrado en la figura 3 incluye
un detector (100) de baja tensión para determinar si la tensión
(Ven) de entrada detectada por el detector (5) de tensión de
entrada es una baja tensión, es decir está por debajo del umbral
(V_um), y un limitador (110) de nivel de potencia utilizado para
dotar al compensador (6) de tensión de entrada de una señal
(V_bloq) de tensión de bloqueo que puede limitar un nivel de
potencia de salida cuando se detecta que la tensión de entrada es
una baja tensión.
En este caso, un comparador (120) de tensión
determina cuál de la señal (V_c) de control de salida generada
desde el microprocesador (M) y la señal (V_bloq) de tensión de
bloqueo generada desde el limitador (110) de nivel de potencia
tiene la tensión más baja, de modo que el compensador (6) de tensión
de entrada compensa la señal que tiene la tensión más baja
determinada para las variaciones de la tensión (Ven) de
entrada.
A continuación se describirán componentes
individuales para su uso en el circuito inversor según una
realización de la presente invención con referencia a las figuras 3
y 4. La figura 4 es un diagrama de circuito más detallado que
ilustra el detector (100) de baja tensión y el limitador (110) de
nivel de potencia.
El detector (5) de tensión de entrada está
directamente conectado a terminales positivo (+) y negativo (-) de
la unidad (1) de fuente de alimentación (CA), y detecta la tensión
(Ven) de entrada aplicada al circuito.
El detector (100) de baja tensión incluye un
comparador (101) en el que un terminal positivo (+) recibe una
tensión representativa de la tensión (Ven) de entrada detectada
mediante el detector (5) de tensión de entrada, y un terminal
negativo (-) recibe una baja tensión de referencia determinada por
un diseñador de circuito. La baja tensión de referencia se
proporciona dividiendo la tensión (Vcc) CC positiva (por ejemplo
Vcc = 12V) entre una relación de resistencia R2/(R1+R2).
El detector (100) de baja tensión genera una
señal (V_baja) que tiene un nivel alto cuando la tensión
representativa de la tensión (Ven) de entrada es igual o superior a
la baja tensión de referencia, y una señal de nivel bajo cuando es
inferior a la baja tensión de referencia. La señal (V_baja) de
salida del detector (100) de baja tensión se llama señal de decisión
de baja tensión. Si tiene un nivel bajo, se determina que una
tensión de fuente de alimentación baja se recibe en el aparato de
calentamiento por inducción según la presente invención.
El limitador (110) de nivel de potencia que
recibe la señal (V_baja) de decisión de baja tensión incluye un
diodo (D1) conectado en una dirección inversa y un diodo (D2) Zener
conectado en una dirección directa.
Si la señal de decisión de baja tensión tiene un
nivel alto, el diodo (D1) está en el estado bloqueado (no
activado), de modo que la señal de salida del limitador (110) de
nivel de potencia no se aplica al compensador (6) de tensión de
entrada. Como resultado, la señal (V_c) de control de salida del
microprocesador (M) se transmite al compensador (6) de tensión de
entrada.
Sin embargo, si la señal de decisión de baja
tensión tiene un nivel bajo, es decir si se ha determinado en el
detector (100) de baja tensión que se recibe una tensión de fuente
de alimentación baja, el diodo (D1) se activa, de modo que la
tensión de ruptura (V_d2 = V_bloq) del diodo (D2) Zener se
transmite al comparador (120) de tensión.
La tensión de ruptura a través del diodo (D2)
Zener es una tensión de bloqueo para limitar la señal (V_c) de
control de salida del microprocesador (M). Si el material del
recipiente de cocción se cambia, o se disminuye la tensión (Ven) de
entrada cuando la unidad de inversor genera el nivel de salida
máximo, la tensión de bloqueo impide que la unidad de inversor se
haga funcionar bajo una zona predeterminada, es decir la zona de
conmutación de tensión cero (ZVS), manteniendo su frecuencia por
encima de la frecuencia de resonancia.
Por tanto, el compensador (6) de tensión de
entrada incluye un primer terminal para recibir la tensión (Ven) de
entrada, y un segundo terminal para recibir la señal (V_c) de
control de salida generada desde el microprocesador o la tensión
(V_bloq) de bloqueo, y extrae una componente diferencial entre la
tensión (Ven) de entrada y una de la señales (V_c) de control de
salida y la tensión (V_bloq) de bloqueo, de modo que compensa las
variaciones de la tensión Ven de entrada.
En este caso, si la tensión que representa la
tensión (Ven) de entrada es inferior a la tensión baja de
referencia, una más pequeña entre la tensión (V_bloq) de bloqueo y
la señal (V_c) de control de salida del microprocesador (M) se
aplica al segundo terminal del compensador (6) de tensión de
entrada.
El controlador (7) de salida genera una señal de
control de frecuencia para controlar la frecuencia de
funcionamiento de conmutación de la unidad (4) de inversor de modo
que puede compensar la potencia de salida mediante el nivel de
tensión de salida del compensador (6) de tensión de entrada.
Por ejemplo, cuando la unidad (1) de fuente de
alimentación proporciona una tensión por debajo de la tensión de
entrada considerada como de referencia, el compensador (6) de
tensión de entrada reduce la frecuencia de funcionamiento,
aumentando de ese modo la potencia de salida. Tras recibir una
tensión por encima de la tensión de entrada considerada como de
referencia, el compensador (6) de tensión de entrada aumenta la
frecuencia de funcionamiento, reduce la potencia de salida, y
controla la unidad (4) de inversor para extraer una señal de salida
constante.
El generador (8) de impulsos activa el o los
transistor(es) (41) inversores según la señal (V_frec) de
control de frecuencia generada desde el controlador (7) de salida,
ajusta un valor de resistencia de un oscilador (OSC), cambia una
frecuencia según el valor de resistencia de (OSC), y extrae un
impulso de accionamiento.
El impulso de accionamiento, cuya frecuencia se
controla mediante el generador (8) de impulsos, se aplica a una
puerta del conmutador (41) contenido en la unidad (4) de inversor a
través del accionador (9) de conmutador, y una señal de corriente
se aplica a la bobina (10) en respuesta a la operación de
conmutación.
Si una tensión de fuente de alimentación por
debajo del umbral (V_um) seleccionado se aplica al aparato de
cocción de calentamiento por inducción anteriormente mencionado, se
describirá a continuación con referencia a las figuras 5, 6a y 6b,
un método para limitar el nivel de potencia hasta un nivel de
potencia predeterminado, impidiendo que se aplique una alta
corriente instantánea al conmutador (41), e impidiendo que el
conmutador se conmute excesivamente.
La tensión (Ven) de entrada aplicada al circuito
se detecta en la etapa (S1).
La tensión (Ven) de entrada se compara con la
tensión (V_um) de umbral, y una señal (V baja) de detección de baja
tensión se genera en la etapa (S2).
Si la señal de detección de baja tensión tiene
un nivel alto en la etapa (S3), se realiza una operación de
control de salida utilizando sólo la señal (V_c) de control de
salida generada desde el microprocesador (M) en la etapa (S6). Si
la señal de detección de baja tensión tiene un nivel bajo, es
decir, si se ha determinado en la etapa (S3) que se ha recibido una
tensión de fuente de alimentación baja, se determina en la etapa
(S4) si la señal (V_c) de control de salida generada desde el
microprocesador (M) es superior a la tensión (V_bloq) de bloqueo
generada desde el limitador (110) de nivel de potencia.
Si la señal (V_c) de control de salida es
superior a la tensión (V_bloq) de bloqueo en la etapa (S4), el
compensador (6) de tensión de entrada compensa la tensión (V_bloq)
de bloqueo generada desde el limitador (110) de nivel de potencia
según la tensión (Ven) de entrada, de modo que el nivel de potencia
de salida esté limitado en la etapa (S5), tal como se muestra en
la figura 6A.
En los ejemplos de temporización ilustrados en
las figuras 6A-B, la tensión (Ven) de entrada
disminuye desde el tiempo (TO) al tiempo (T2), cruzando el valor
(V_um) de umbral en el tiempo (T1) con T0<T1<T2. Por tanto,
la señal (V_baja) de detección de baja tensión conmuta desde su
nivel alto hasta su nivel bajo en el tiempo (T1). Debido al
funcionamiento del compensador (6) de tensión de entrada la
frecuencia (f) de conmutación del inversor disminuye mientras que
la tensión (Ven) de fuente de alimentación disminuye, debido a que
el controlador (7) de salida realiza una regulación con una
pendiente negativa en la operación ZVS.
En el ejemplo de la figura 6A, el
microprocesador (M) entrega una señal de control de salida
correspondiente a un estado de alta salida del calentador por
inducción, es decir, una tensión (V_c) de control de salida
superior a la tensión (V_bloq) de bloqueo. Entre (T0 y T1), la
señal (V_c) de control de salida se compensa por el compensador (6)
de tensión de entrada para variaciones de la tensión (Ven) de
entrada (etapa (S6)). En el tiempo (TI), el valor de ajuste de
potencia alimentado al compensador (6) de tensión de entrada cambia
desde (V_c) a (V_bloq) tal como se muestra en el tercer diagrama de
la figura 6A. Después de (T1), la tensión (V_bloq) de bloqueo
impide un nivel excesivo del valor de ajuste de potencia debido al
compensador (6) de tensión de entrada. Tal nivel excesivo podría
provocar un funcionamiento del inversor por debajo de la frecuencia
(f2) de resonancia, tal como se muestra mediante la línea de puntos
en la parte inferior de la figura 6A. Esto es posible, por ejemplo,
si el límite inferior del intervalo (ZVS) se ha ajustado con
referencia a un material (A) para el recipiente de cocción (figura
2) mientras que se está utilizando un material (B) de cocción.
Por tanto, en el tiempo (T1), el compensador (6)
de tensión de entrada empieza a recibir la tensión (V_bloq) de
bloqueo en lugar de la (V_c) (etapa S5). La frecuencia (f) de
conmutación se desplaza y entonces se regula mediante el
compensador (6). Este desplazamiento llega a descender el valor de
ajuste de potencia compensado. Sin embargo, mantiene ventajosamente
el circuito inversor en el intervalo (ZVS). De cualquier manera,
puede observarse que la potencia de salida correspondiente al valor
(V_c) de ajuste de potencia no puede alcanzarse cuando la tensión
(Ven) de fuente de alimentación se ha vuelto tan baja.
En el otro ejemplo de temporización mostrado en
la figura 6B la señal (V_c) de control de salida generada por el
microprocesador permanece por debajo de la tensión (V_bloq) de
bloqueo, de modo que su señal (V_c) de control de salida se
compensa mediante el compensador (6) de tensión de entrada para
variaciones de la tensión (Ven) de entrada (etapa (S6)). En este
caso, el valor de ajuste de potencia relativamente baja provoca que
el inversor funcione a una frecuencia (f) de conmutación inicial
más alta que en el caso de la figura 6A. Como V_c < V_bloq, la
frecuencia (f) de conmutación permanece en el intervalo (ZVS) (por
encima de (f2)) incluso después de que la señal (V_baja) de
detección de baja tensión ha conmutado a su nivel bajo en el tiempo
(T1)).
De esta manera, tras recibir una tensión de
fuente de alimentación por debajo de (V_um), se determina una
componente de compensación para la tensión (Ven) de entrada para
aplicarse a la inferior de entre la señal (V_c) de control de
salida y la tensión (V_bloq) de bloqueo, de modo que la componente
de compensación esté más limitada que la de la técnica
convencional. La frecuencia de funcionamiento se controla mediante
la componente de compensación de modo que el grado de reducción de
la frecuencia de funcionamiento está limitado. Se genera entonces
un impulso de accionamiento adecuado para la frecuencia de
funcionamiento en la etapa (S7).
Como el impulso de accionamiento, cuya
frecuencia está controlada de manera variable, se aplica al
inversor en la etapa (S8), la frecuencia está controlada en el
intervalo (ZVS) aunque se reciben una señal (V_c) de salida alta y
una tensión (Ven) de entrada baja. Por tanto, el inversor puede
impedir que el conmutador (41) reciba una alta corriente
instantánea.
Se observará que, mientras que la parte de
control del circuito inversor se ha descrito con referencia a las
figuras 3-4 y su funcionamiento con referencia a
las figuras 5 y 6A-B, la arquitectura de circuito
ilustrada por las figuras 3-4 no es la única que
puede considerarse para llevar a cabo la invención. De manera
alternativa, la comparación entre el nivel de tensión de entrada y
el umbral para activar (V_bloq) podría realizarse dentro de una
unidad informática tal como, por ejemplo, el microprocesador (M).
De manera similar, el microprocesador (M) podría encargarse de la
selección de (V_c) o (V_bloq) en lugar del comparador (120) de
tensión independiente descrito anteriormente. La tarea del
compensador (6) de tensión de entrada podría también realizarla el
microprocesador (M) bajo el control de programas apropiados. El
microprocesador puede manejar directamente valores digitales que,
en la realización anteriormente descrita, se representan por
niveles de tensión (CC).
Tal como es evidente a partir de la descripción
anterior, el circuito inversor y el método para hacer funcionar el
electrodoméstico de cocción de circuito según la presente invención
permiten controlar el nivel de salida del inversor sólo en la zona
(ZVS), aunque una frecuencia de resonancia se cambie según un
material del recipiente de cocción o una tensión de fuente de
alimentación baja se transmita al aparato en un estado de alta
salida.
Por tanto, el aparato impide que se produzca
pérdida de potencia excesiva durante la operación de conmutación, y
también impide que el conmutador reciba una alta corriente
instantánea, lo que tiene como resultado un aumento de la
resistencia a la fatiga de los electrodomésticos de cocción.
Aunque las realizaciones preferidas de la
presente invención se han dado a conocer con fines ilustrativos,
los expertos en la técnica observarán que son posibles diversas
modificaciones, adiciones y sustituciones, sin alejarse de la
invención tal como se ha dado a conocer en las reivindicaciones
adjuntas.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante se dirige únicamente a ayudar al lector y no forma
parte del documento de patente europea. Incluso si se ha procurado
el mayor cuidado en su concepción, no se pueden excluir errores u
omisiones y el OEB declina toda responsabilidad a este
respecto.
\bullet GB 2162384 A (0005)
Claims (6)
1. Circuito inversor para un aparato de
calentamiento por inducción, comprendiendo el circuito inversor:
- una unidad (4) de inversor para realizar una operación de conmutación y suministrar corriente a una bobina (10) inductora;
- un compensador (6) de tensión de entrada para compensar un valor de ajuste de potencia para variaciones de una tensión (Ven) de entrada aplicada al circuito inversor; y
- un controlador (7) de entrada para controlar una frecuencia de la corriente suministrada a la bobina inductora como una función decreciente del valor de ajuste de potencia compensado desde el compensador de tensión de entrada,
- estando caracterizado el circuito inversor porque además comprende un detector (100) de baja tensión para detectar un estado en el que la tensión de entrada es inferior a un umbral, y porque el valor de ajuste de tensión representa un valor (V_c) de control de salida determinado por un microprocesador (M), sin superar un valor (V_bloq) de bloqueo cuando se detecta dicho estado por el detector de baja tensión.
2. Circuito inversor según la reivindicación 1,
en el que el detector (100) de baja tensión incluye un comparador
(101) que tiene un terminal positivo (+) que recibe una primera
tensión representativa de la tensión de entrada y un terminal
negativo (-) que recibe una segunda tensión que representa el
umbral, de manera que el compensador genera una señal de decisión de
baja tensión de un nivel bajo cuando la primera tensión es inferior
a la segunda baja tensión.
3. Circuito inversor según la reivindicación 2,
que además comprende un limitador (110) de nivel de potencia para
generar el valor (V_bloq) de bloqueo cuando se detecta dicho
estado, en el que el limitador de nivel de potencia incluye:
- un diodo (D1) inverso que tiene un cátodo conectado a un terminal de salida del detector (100) de baja tensión, y que se activa sólo cuando la señal de decisión de baja tensión tiene el nivel bajo;
- y
- un diodo (D2) Zener que tiene un ánodo conectado al diodo inverso de manera que una tensión que representa el valor de bloqueo se produce a través del diodo Zener debido a una señal de corriente generada cuando el diodo inverso se activa.
4. Aparato de cocción de calentamiento por
inducción, que comprende una bobina (10) inductora para inducir
corrientes de Foucault en un recipiente de cocción en respuesta a
una excitación de alta frecuencia, y un circuito inversor según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores para proporcionar la
excitación de alta frecuencia de la bobina inductora.
5. Método para hacer funcionar un aparato de
calentamiento por inducción, que comprende las etapas de:
- a.
- detectar una tensión de fuente de alimentación de entrada;
- b.
- si la tensión (Ven) de entrada está por debajo de un umbral, comparar una señal (V_c) de control de salida generada desde un microprocesador (M) con una tensión (V_bloq) de bloqueo;
- c.
- compensar la tensión de entrada mediante una componente diferencial asociada con la tensión (V_bloq) de bloqueo cuando la tensión de bloqueo es inferior a la señal de control de salida, y compensar la tensión de entrada mediante una componente diferencial asociada con la señal (V_c) de control de salida cuando la señal de control de salida es inferior a la tensión de bloqueo, para producir un valor de ajuste de potencia compensado; y
- d.
- controlar una frecuencia de funcionamiento de conmutación según el valor de ajuste de potencia compensado, y accionar un inversor a la frecuencia de funcionamiento de conmutación.
6. Método según la reivindicación 5, que
comprende además la etapa de:
- (e)
- si la tensión (Ven) de entrada es superior al umbral, compensar la tensión de entrada mediante una componente diferencial asociada con la señal (V_c) de control de salida generada desde el microprocesador (M) para producir el valor de ajuste de potencia compensado.
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